CN219568503U - 软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，在原有路基的路肩与新建路基搭接处下方的软土层中设有复合地基桩；复合地基桩包括若干个矩阵式排列的竖直基桩；在复合地基桩外侧设有排桩支护结构；排桩支护结构包括：交替设置的斜桩与直桩，与斜桩及直桩的桩顶连接成一体的冠梁；冠梁位于新建路基的路肩处，其轴线平行于路基轴线；斜桩与直桩的桩底部伸入新建路基下方的软土层中；斜桩下端向路堤外侧倾斜。本实用新型采用复合地基桩与排桩支护结构协同作用，可同时控制竖向及水平方向的新老路基的差异沉降，还可以优化新建路基边坡坡度，减少路堤填筑所用土方，节省材料支出与工程费用。

Description

软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统

技术领域

本实用新型涉及软土拓宽路基领域，特别涉及一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统。

背景技术

目前，随着经济高速发展，道路交通量激增，我国部分高速公路车道数量己无法满足运载需求，由于近距离新建高速公路，投资规模大，占用土地多，且容易造成路网分布不均，因而我国的高速公路扩建大多适宜采用老路加宽的方案，多地已开展高速公路改扩建工程以提升当地运输效率。改扩建工程与新建公路相比具有施工难度大、工艺复杂、质量要求高等特点,用新建工程的思路和设计方法不能解决改扩建的问题。由于旧路路基沉降固结多年已基本稳定，而新路基沉降时间短，新旧路基结合处必将产生差异沉降，从而产生纵向裂缝等严重病害，所以公路改扩建工程最大的技术难题是解决新老路基差异沉降问题。

目前改扩建工程所采用的地基处理方式均为复合地基或挡土墙等形式，复合地基普遍存在对地基强度提高有限、加固区内仍存在明显沉降等缺点，并且为了防止路堤失稳，往往在坡脚处布置多排桩,需增加额外土方，很大程度增加建设成本；而挡土墙体积大、重量大,对地层承载力要求较高，耗费材料较多，容易造成支挡处土体外倾变形，甚至加剧新老路基顶面的差异沉降。根据高速公路拓宽工程数值模拟研究结果，土体竖向压缩造成的新老路基差异沉降占差异沉降总值的60％，而土体水平位移造成的差异沉降占40％，上述地基处理方式仅具备处理竖直或水平单方向位移的能力，对差异沉降的处理效果有限。综上所述，现有技术还缺少一种经济与性能兼得的地基处理方式来应对拓宽道路发生的差异沉降。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，在原有路基的路肩与新建路基搭接处下方的软土层中设有桩体复合地基；桩体复合地基包括若干个矩阵式排列的竖直基桩；在桩体复合地基外侧设有排桩支护结构；排桩支护结构包括：交替设置的斜桩与直桩，与斜桩及直桩的桩顶连接成一体的冠梁；冠梁位于新建路基的路肩处，其轴线平行于路基轴线；斜桩与直桩的桩底部伸入新建路基下方的软土层中；斜桩下端向路堤外侧倾斜。

进一步地，排桩支护结构中，m个直桩与n个斜桩交替设置，m≥1，n≥1。

进一步地，m为1或2，n为1或2。

进一步地，排桩支护结构中的桩间距为1.5～2倍斜桩或直桩的等效桩径。

进一步地，斜桩与直桩之间空间角度范围为15度～25度。

进一步地，斜桩与直桩均为空心桩，空心桩的外形为方柱形，内部空心为圆柱形。

进一步地，斜桩与直桩使用混凝土预制桩或钢管桩。

进一步地，桩体复合地基中的基桩为预应力混凝土管桩、CFG桩或水泥搅拌桩。

进一步地，斜桩、直桩和桩体复合地基中的基桩的桩底深度均为1.5～3倍路堤高度。

本实用新型具有的优点和积极效果是：土体竖向压缩造成的新老路基差异沉降占差异沉降总值的60％，采用桩体复合地基控制竖向压缩；而土体水平位移造成的差异沉降占40％，采用斜直交替的排桩支护结构控制水平位移，桩体复合地基与排桩支护结构协同作用，可同时控制竖向及水平方向的新老路基的差异沉降，克服单一地基处理方式的局限性。本实用新型在新建路基路肩处布置斜直交替排桩，可显著增加新建路基的地基强度，有效限制新建路基的水平位移，对路基起支挡作用，控制新老路基的差异沉降，提升拓宽道路长期服役能力。

同时，传统的挡土墙重量大，对地层承载力要求较高，而斜直交替的排桩支护结构重量轻，依靠桩土间相互摩擦发挥支挡作用，可有效控制桩顶位移，减小新路基填筑对老路基产生附加应力，防止新路基失稳和路面裂缝等现象的产生。采用斜直交替的排桩支护结构可优化新建路基边坡坡度，减少路堤填筑所用土方，节省材料支出与工程费用。

桩体复合地基竖向沉降变形小、变形稳定时间短，且施工质量易控，桩土共同承担上部荷载，在新建路基与原有路基搭接处下方的软土层中设置桩体复合地基可显著提高搭接处地基稳定性。同时，桩体复合地基可有效降低道路服役过程中，抵抗斜桩及直桩上部桩体转动和挠曲的作用，改善倾斜桩竖向承载性状的机理。

附图说明

图1为本实用新型的一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统结构的立体示意图；

图2为本实用新型的一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统结构的主剖视图；

图中：1-软土层；2-原有路基；3-新建路基；4-冠梁；5-斜桩；6-直桩；7-基桩。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参见图1至图2，一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，在原有路基2的路肩与新建路基3搭接处下方的软土层1中设有桩体复合地基；桩体复合地基包括若干个矩阵式排列的竖直基桩7；在桩体复合地基外侧设有排桩支护结构；排桩支护结构包括：交替设置的斜桩5与直桩6，与斜桩5及直桩6的桩顶连接成一体的冠梁4；冠梁4位于新建路基3的路肩处，其轴线平行于路基轴线；斜桩5与直桩6的桩底部伸入新建路基3下方的软土层1中；斜桩5下端向路堤外侧倾斜。

优选地，排桩支护结构中，m个直桩6可与n个斜桩5交替设置，m≥1，n≥1。

优选地，m可为1或2，n可为1或2。比如m、n均为1时，即1个直桩6与1个斜桩5交替设置；比如m、n均为2时，即2个直桩6与2个斜桩5交替设置；n可为1或2，m可为1或2。m为1，n为2时，即1个直桩6与2个斜桩5交替设置；m为2，n为1时，即2个直桩6与1个斜桩5交替设置.

优选地，排桩支护结构中的桩间距可为1.5～2倍斜桩5或直桩6的等效桩径。

优选地，斜桩5与直桩6之间空间角度范围可为15度～25度。

优选地，斜桩5与直桩6可均为空心桩，空心桩的外形可为方柱形，内部空心可为圆柱形。空心桩的截面外周边长可为350～550mm；空心桩的空心直径可为200～300mm。

优选地，斜桩5与直桩6可使用混凝土预制桩或钢管桩。

优选地，桩体复合地基中的基桩7可为预应力混凝土管桩、CFG桩或水泥搅拌桩。

优选地，斜桩5、直桩6和桩体复合地基中的基桩7的桩底深度可为1.5～3倍路堤高度。

本实用新型还提供了一种上述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统的施工方法，包括如下步骤：

步骤1，预先处理原有路基2边坡表层；从下向上开挖原有路基2的台阶，开挖一级台阶后填筑一级加宽路基，并按照20～25cm的碾压厚度进行振动压实；

步骤2，在原有路基2的路肩向内1.5～3m范围内开始布设桩体复合地基的基桩7，基桩7的桩顶铺设垫层，桩顶高程为原路基边坡坡脚以上30cm；

步骤3，在新建路基3的路肩位置垂直向下打入一个以上直桩6，再按设定倾斜角度打入一个以上斜桩5，并按此顺序重复交替打桩；使斜桩5下端向路基外侧倾斜，至桩底设计标高；

步骤4，对斜桩5及直桩6顶面的混凝土进行凿毛处理，将斜桩5及直桩6的顶部钢筋与冠梁4的钢筋连接后进行混凝土浇筑；混凝土浇筑时采用斜向分段、水平分层的方法浇筑，分层厚度应小于等于30mm。

优选地，步骤4中，斜桩5及直桩6可采用空心桩；可用强度等级大于等于C30的微膨胀混凝土灌芯空心桩，混凝土可用粗骨料粒径≤20mm。

下面以本实用新型的一个优选实施例来进一步说明本实用新型的结构及工作原理：

一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，包括：在原有路基2的路肩与新建路基3搭接处下方的软土层1中设有桩体复合地基；桩体复合地基包括若干个矩阵式排列的竖直基桩7；在桩体复合地基外侧设有排桩支护结构；排桩支护结构包括：交替设置的斜桩5与直桩6，与斜桩5及直桩6的桩顶连接成一体的冠梁4；冠梁4位于新建路基3的路肩处，其轴线平行于路基轴线；斜桩5与直桩6的桩底部伸入新建路基3下方的软土层1中；斜桩5下端向路堤外侧倾斜。排桩支护结构中，1个直桩6与1个斜桩5交替设置。

斜桩5与直桩6均为空心桩，空心桩的外形为方柱形，内部空心为圆柱形。排桩支护结构中的桩间距为1.5倍斜桩5或直桩6的等效桩径。空心桩的截面外周边长为450mm；空心桩的空心直径为200mm。斜桩5与直桩6之间空间角度范围为20度。排桩支护结构的桩间距为2倍空心桩的截面外周边长。斜桩5与直桩6使用混凝土预制桩。桩体复合地基的基桩7为预应力混凝土管桩。桩体复合地基的竖直基桩7设置3排。斜桩5、直桩6及桩体复合地基的桩底深度为1.5～3倍路堤高度。冠梁4的宽度大于斜桩5、直桩6的桩顶宽度，冠梁4的高度大于等于斜桩5或直桩6的等效桩径的0.5～0.7倍。

一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统的施工方法，包括如下步骤：

(1)预先处理原有路基2，清理老路基边坡表面的植物根植土、腐殖土以及松散土层，开挖一级台阶清一层边坡表层。

(2)在原有路基2的坡脚向内1.5～3m处开始布设若干排基桩7，桩顶铺设垫层，桩顶高程按原路基边坡坡脚以上30cm控制。

(3)在新建路基3的路肩位置垂直向下打入直桩6，在相邻直桩6间按设定间距和设定倾斜角度打入桩根部向路基外侧倾斜的斜桩5，至桩底设计标高，应根据斜桩5的设计倾斜角计算桩位线、入土线等，桩位复核无误后方可按顺序施工。

(4)为保证直桩6及斜桩5与冠梁4的有效连接，直桩6及斜桩5的中空部分采用混凝土灌芯，灌芯混凝土采用强度等级为C30的微膨胀混凝土，混凝土用粗骨料粒径≤20mm。

(5)原有路基2的台阶开挖应从下部向上部的顺序进行开挖，开挖一级后立即填筑一级加宽路基，并按照20～25cm的碾压厚度进行振动压实以满足规定的路基压实度。

其中冠梁4的施工方法包括可如下步骤：

A、土方开挖后，桩身混凝土强度达到规范要求。土方施工完成后清除余土，用设备对桩头进行处理，对顶面的混凝土进行凿毛处理，清除桩顶浮渣，保证钢筋可深入冠梁4内部，满足设计要求。

B、检查合格后进行混凝土浇筑，冠梁4混凝土浇筑时可采用斜向分段，水平分层的方法浇筑，分层厚度应不大于30mm。

C、桩基及冠梁4施工完成，拆除模板，完成混凝土浇筑及养护，混凝土强度等级≥C30。

本实用新型的工作原理：

本实用新型采用在新建路基3的路肩处部设斜直交替的排桩支护结构，在排桩支护结构内侧的软土层1中设置桩体复合地基。斜桩5和直桩6连同冠梁4一起形成了刚架支护体系，斜直交替设置的排桩支护结构可显著增加新建路基3的局部路基强度，大幅增加新建路基3的稳定性，减少路基的水平位移与新路填筑产生的差异沉降，对路基起支挡作用。采用斜直交替设置的排桩支护结构加固路基后，新旧路基差异沉降明显降低，特别是开挖台阶与排桩支护结构结合后，控制差异沉降的效果显著，从而避免路基失稳和路面裂缝等现象的产生。同时，采用斜直交替设置的排桩支护结构可减少新建路堤30％以上填筑土方，降低作用在原有路基2上的附加应力，控制原有路基2顶面受到拉应力与底面受到压应力，防止基层发生受拉破坏，并进一步缩短工期与降低施工成本。

在原有路基2的坡脚向内1.5～3m范围内布设桩体复合地基，位于新建路基3与原有路基2搭接处下方，更进一步拓展协同支护技术作用范围、提高地基承载力幅度。同时，其对斜桩5与直桩6竖向承载性状有明显改善，提高了斜直交替设置的排桩支护结构的桩侧土强度及抗压性能，防止桩侧土在水平位移作用下发生破坏并减小斜桩5与直桩6的水平位移和挠曲。同时，桩周土体加固对桩身上部产生转动约束效应，也可有效约束桩顶沿倾斜方向的转动和挠曲，从而减小桩身弯矩。桩体复合地基及桩周土体二者可共同避免桩身过早因桩身弯矩过大而发生弯曲破坏，可有效提高倾斜桩5的竖向承载力，充分发挥对差异沉降的控制作用。

以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。

Claims (9)

1.一种软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，在原有路基的路肩与新建路基搭接处下方的软土层中设有桩体复合地基；桩体复合地基包括若干个矩阵式排列的竖直基桩；在桩体复合地基外侧设有排桩支护结构；排桩支护结构包括：交替设置的斜桩与直桩，与斜桩及直桩的桩顶连接成一体的冠梁；冠梁位于新建路基的路肩处，其轴线平行于路基轴线；斜桩与直桩的桩底部伸入新建路基下方的软土层中；斜桩下端向路堤外侧倾斜。

2.根据权利要求1所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，排桩支护结构中，m个直桩与n个斜桩交替设置，m≥1，n≥1。

3.根据权利要求2所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，m为1或2，n为1或2。

4.根据权利要求1所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，排桩支护结构中的桩间距为1.5～2倍斜桩或直桩的等效桩径。

5.根据权利要求1所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，斜桩与直桩之间空间角度范围为15度～25度。

6.根据权利要求1所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，斜桩与直桩均为空心桩，空心桩的外形为方柱形，内部空心为圆柱形。

7.根据权利要求1所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，斜桩与直桩使用混凝土预制桩或钢管桩。

8.根据权利要求1所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，桩体复合地基中的基桩为预应力混凝土管桩、CFG桩或水泥搅拌桩。

9.根据权利要求1所述的软土地基上拓宽路基的外斜直交替协同加固系统，其特征在于，斜桩、直桩和桩体复合地基中的基桩的桩底深度均为1.5～3倍路堤高度。